利用剩余污泥生物合成PHB的工艺条件探讨

摘要

聚-β-羟基丁酸(简称PHB)是许多微生物合成的胞内碳源储藏性物质。作为一种生物可降解塑料，它不仅具有高分子材料的热塑性，还能以可再生生物资源为基本生产原料，因而倍受关注。活性污泥中的许多细菌都能累积PHB，利用污水处理过程中产生的剩余污泥合成PHB，是研究PHB生物合成的一个新热点，也为剩余污泥资源化开辟了一条新途径，具有理论价值和社会意义。本文探讨了利用剩余污泥生物合成PHB的工艺条件，主要内容和结果如下： 采用“缺氧+好氧循环”模式驯化活性污泥，考察剩余污泥中兼性菌累积PHB的情况。结果表明在好氧曝气时，添加4.5g/L乙酸钠为唯一碳源，PHB的累积量最大，可达1318mg/L，占污泥浓度(MLSS)的质量分数的38.2％，相应的碳源转化率可达55.6％，PHB平均生成速率为190mg/(L·h)。 采用好氧环境驯化活性污泥，考察剩余污泥中好氧菌累积PHB的情况。结果表明添加5.5g/L乙酸钠为唯一碳源时，在曝气30min停曝30min的循环间歇曝气方式下PHB的累积量最大，可达2002mg/L，占MLSS的质量分数为54.9％，相应的碳源转化率可达69.2％。但间歇曝气延长了PHB累积到峰值所用的时间，PHB的平均生成速率仅为147mg/(L·h)。 用氯仿-次氯酸钠法从累积了PHB的好氧剩余污泥中提取出PHB，提取率为85.4％。进而结合元素分析、红外光谱分析和核磁共振等定性和定量分析手段对其分子结构作进一步验证，并与标准品作比较。结果表明，所提取的样品和标准品的结构一致。差示扫描量热仪(DSC)的分析结果表明，PHB样品的结晶度为60.75％，玻璃化温度为65.09℃。差热及热重综合分析仪(TG-DTA)的分析结果表明，PHB样品的起始热失重温度为266℃，熔点为169.6℃，预测其成型工艺温度约为218℃。

目录

文摘

英文文摘

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第一章文献综述

1.1剩余污泥简介

1.1.1活性污泥处理法的基本概念

1.1.2剩余污泥现状

1.1.3剩余污泥的组成

1.1.4剩余污泥的微生物学特性

1.2剩余污泥的处置及其资源化技术

1.2.1剩余污泥的处置

1.2.2剩余污泥的资源化利用

1.3聚-β-羟基丁酸

1.3.1可生物降解塑料

1.3.2 PHB的性能

1.3.3 PHB的应用

1.4 PHB的生物合成

1.4.1合成PHB的微生物菌种

1.4.2合成PHB的碳源

1.4.3 PHB的发酵培养条件

1.5 PHB的提取方法

1.5.1有机溶剂法

1.5.2次氯酸钠法

1.5.3次氯酸钠一氯仿法

1.5.4酶法

1.5.5机械破碎法

1.5.6其它方法

1.6利用剩余污泥生产PHB

1.7本文的立意依据及研究内容

第二章兼性剩余污泥累积PHB

2.1引言

2.2实验材料与方法

2.2.1实验材料与试剂

2.2.2实验仪器

2.2.3实验装置

2.2.4分析测试方法

2.2.5实验方法

2.2.6计算公式

2.3结果与讨论

2.3.1典型周期内PHB的累积情况

2.3.2营养条件对兼性剩余污泥累积PHB的影响

2.3.3碳源浓度对兼性剩余污泥累积PHB的影响

2.3.4曝气方式对兼性剩余污泥累积PHB的影响

2.4本章小结

第三章好氧剩余污泥累积PHB

3.1引言

3.2实验材料与方法

3.2.1实验材料与试剂

3.2.2实验仪器

3.2.3实验装置

3.2.4分析测试方法

3.2.5实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1典型周期内PHB的累积情况

3.3.2营养条件对好氧剩余污泥累积PHB的影响

3.3.3碳源浓度对好氧剩余污泥累积PHB的影响

3.3.4曝气方式对好氧剩余污泥累积PHB的影响

3.4本章小结

第四章PHB的提取、结构鉴定及性能初探

4.1引言

4.2实验材料与方法

4.2.1实验材料与试剂

4.2.2实验仪器

4.2.3实验方法

4.2.4计算公式

4.3结果与讨论

4.3.1 PHB的提取结果

4.3.2元素分析结果

4.3.3红外光谱分析结果

4.3.4核磁共振分析结果

4.3.5 PHB的热熔性质

4.3.6 PHB的热分解性质

4.3.7成型工艺温度预测

4.4本章小结

第五章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

附录

在学期间发表的论文

致谢